DFA: Design For Assembly Hair Dryer

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  • 1. 1. Introduzione Nella progettazione e nello sviluppo di prodotto ci sono numerosi processi e attività che Influenzano il time to market, la qualità ed il costo del prodotto, il tempo e lo sforzo richiesto per la produzione. In tale processo di sviluppo si deve ricercare sino dall’inizio una coerenza tra funzionalità e producibilità cioè il prodotto deve soddisfare le specifiche funzionali ed essere agevole ed economico da fabbricare, assemblare e manutenere. Prendere decisioni razionali sin dalle fasi di generazione dei concetti di prodotto e di architettura funzionale e che tengano conto della producibilità, ovvero di una compatibilità con strutture e processi produttivi, della riduzione dei tempi di assemblaggio, influenzano in modo positivo i costi correlati allo sviluppo e produzione del prodotto finale. Il DFX (Design For X) risulta essere in questo caso uno strumento concettuale e analitico di supporto a queste decisioni razionali. Esso è una metodologia orientata alle proprietà del prodotto è mira a sviluppare congiuntamente particolari requisiti di progettazione come la produzione, l’assemblaggio, la varietà di prodotto, l’affidabilità, la sicurezza. Di volta in volta X sta per una differente proprietà del prodotto che lo caratterizza. Nel campo di questa metodologia, il Design for Manufacture and Assembly (DFMA) risulta essere un metodo strutturato e sistematico per l’analisi di un progetto al fine di: Ridurre i costi Migliorare la qualità Ridurre il time to market Ottimizzare la struttura di prodotto Il compito del DFMA è perciò facilitare la realizzazione di un prodotto che sia funzionale, superiore alla concorrenza e soddisfi le esigenze del cliente Tutto ciò comporta anche una riduzione nei costi di assemblaggio e di fabbricazione, una riduzione dei costi e tempi di sviluppo prodotto, una maggiore soddisfazione delle esigenze del cliente. 2. Design for Assembly Il Design for Assembly consiste nell'analizzare il ciclo di assemblaggio per individuare le possibili opportunità di miglioramento ed ottimizzazione della struttura e dell'architettura di un prodotto. Esso cerca inoltre di ridurre tempi e costi di assemblaggio di un prodotto mediante la semplificazione del suo progetto. Il modo per ottenere questa riduzione di tempi e costi è: Determinare i componenti che possono essere eliminati od integrati Identificare le difficoltà di montaggio che potrebbero condurre ad un incremento dei costi ed a problemi di fabbricazione e qualità Calcolare un indice di confronto per le soluzioni di progetto L'approccio utilizzato per raggiungere tali obiettivi è quello denominato Metodo DFA Boothroyd & Dewhurst secondo cui bisogna acquisire le informazioni sulla geometria del sistema costruttivo e sul processo di assemblaggio utilizzando un metodo di montaggio top down. Questo consente di determinare i pezzi che si possono eliminare o che si possono integrare, definire le possibili difficoltà
  • 2. nel montaggio e calcolare l’indice di prestazione dell’assemblaggio. Tale indice si chiama DFAindex è permette il confronto tra i tempi di assemblaggio di una soluzione proposta a quelli di una soluzione ideale. 3. Analisi DFA di un asciugacapelli Il DFA index esprime la vicinanza tra i tempi di assemblaggio di una soluzione proposta a quelli di una soluzione ideale. In cui: Nmin : numero minimo teorico di parti Tmin :minimo tempo teorico per manipolare e inserire una parte (3 sec). Ttot : tempo totale di assemblaggio della soluzione in esame Ttot in particolare risulta essere la sommatoria di tutti i tempi di assemblaggio dei singoli componenti considerati nella soluzione corrente . Se n è il numero totale di componenti sarà: In cui RPi : numero di parti ripetute per il componente i-esimo THi , TIi : tempi di Handling e di Insertion del componente i-esimo. E’ opportuno a questo punto fare alcuni considerazioni sull’applicazione della metodologia al nostro caso studio. Originariamente essa è contestualizzata in un processo di integrazione nelle fasi di progettazione concettuale, architettura di prodotto e progettazione di dettaglio, allo scopo di rendere queste più compatibili fin dall’inizio col processo di assemblaggio finale del prodotto. Nel nostro caso il punto di partenza è un prodotto già realizzato nella sua configurazione finale. La metodologia, agendo in maniera inversa, si propone adesso di riflettere su delle possibili migliorie da apportare a prodotti esistenti attraverso una loro decomposizione nei componenti che li costituiscono. Per poter attuare questo confronto tra una soluzione preesistente ed una che presenti delle migliorie si devono confrontare gli indici DFA relativi a queste due soluzioni. Operativamente, la soluzione “migliorata” viene confrontata con la soluzione di partenza che consideriamo come “preliminare”. Nel calcolo preliminare del DFAindex cominciamo a considerare delle migliorie che vengono rappresentate dal numero minimo teorico di parti. La determinazione di tale numero verrà discussa in seguito. Tale numero deve essere rapportato al tempo effettivo di assemblaggio della soluzione preesistente considerando tutti i suoi elementi componenti. Successivamente, introducendo delle migliorie che riguardano la riduzione dei componenti
  • 3. precedentemente considerata, la modifica della forma e della geometria dei componenti,etc. il Ttot verrà considerato privato di tutti i componenti superflui e delle modifiche effettuate. Il prodotto preso in esame per il Design for Assembly è un asciugacapelli Philips. 3.1 Componenti e sub-assemblati Consideriamo nella nostra analisi un asciugacapelli modello “Philips SalonDry Travel 2000W”. Smontando l’apparecchio in questione sono stati individuati i seguenti componenti (Tab.1). COMPONENTI “Philips SalonDry Travel 2000W” Indice Nome Num.componenti Rappresentazione Componente Involucro A 1 esterno 1 Corpo dei core B 1 components Telaio porta C 1 griglia
  • 4. Cintura D caratterizzazione 2 prodotto Linguette blocca E involucro 2 esterno Griglia ingresso F 1 aria Pulsante getto G 1 aria fredda Molla pulsante H 1 A.F. Anello calettato I 1 fisso di posizione Involucro L 1 esterno 2
  • 5. Impugnatura M manico 1 pieghevole 1 Copri N interruttore 1 ergonomico O Viti blocca filo 2 P Ponticello blocca 1 filo Q Anello rotante a 1 due posizioni Impugnatura R manico 1 pieghevole 2 S Viti chiusura 2 manico T Concentratore 1 flusso d’aria Tab.1: Componenti “Philips SalonDry Travel 2000W”
  • 6. Riportiamo qui di seguito un diagramma funzionale dei componenti e dei sub-assemblati (Fig.1). Fig.1: Diagramma funzionale componenti e sub-assemblati I vari sottogruppi così individuati costituiscono inoltre la sequenza di assemblaggio dei componenti. Si evidenzia che, per ogni sub-assemblato di primo livello, vi sia la presenza di alcune parti da comporre e assemblare congiuntamente. Esse costituiscono i sub-assemblati di secondo livello e sono rappresentati in figura dai gruppi nominali dei componenti (AB, GH, ILDCEF e OP). 3.2 Determinazione preliminare del DFA index Per la determinazione del numero minimo teorico Ntot di parti si sono presi in considerazione i criteri di valutazione riportati di seguito: 1) First item is requied: identifica il primo pezzo del sub assemblato. Essendo questo il primo componente si deve poter separare facilmente da tutti gli altri a meno che non serva per collegare o per fissare. 2) Fastening o securing: individua tutti quei componenti la cui unica funzione è quella di fissare altri componenti. Questi teoricamente possono essere eliminati poiché facilmente sostituiti da sistemi di fissaggio integrati. 3) Connecting other items: individua tutti quei componenti che svolgono la funzione di collegare due parti del sistema. Come quelli precedenti anche questi teoricamente potrebbero essere eliminati con un riposizionamento delle parti in questione adiacenti. 4) Materiale differente: individua quel componente che deve essere separato da tutti gli altri poiché è di materiale differente. 5) Moto relativo: individua quei componenti che una volta montati devono essere separati dagli altri componenti del sistema in quanto devono garantire un moto relativo. 6) Assemblaggio/Disassemblaggio: individua quel componente che deve essere separato dal
  • 7. resto del sistema perché la sua presenza impedirebbe l’assemblaggio o il disassemblaggio degli altri pezzi. Quando un componente rispetta almeno uno dei criteri 4-5-6 oltre al primo si denomina componente indispensabile, altrimenti in via teorica si può eliminare. Nel nostro caso i componenti che costituiscono la soluzione preesistente sono 18. Seguendo i criteri precedentemente descritti otteniamo una riduzione del componenti individuando un numero minimo Nmin = 14 Si sono classificati parti eliminabili il sistema di bloccaggio del filo costituito da due viti e un ponticello di fissaggio, le viti di bloccaggio del manico e le linguette che bloccano gli involucri esterni. Tutti questi componenti rispettano il criterio 2. Per quanto riguarda il tempo minimo teorico di assemblaggio, lo si considera approssimato a 3 secondi perché tale è il tempo ideale necessario per inserire uno spinotto in un foro sotto l’ipotesi di facilità di manutenzione, di orientamento e inserimento con una mano e con una leggera forza. I tempi di Handling e di Insertion per ciascun componente sono stati ricavati tramite le tabelle dei tempi stimati (Tab. 2). Tab.2: Tabelle tempi stimati di handling e insertion Un’operazione di handling consta di tre specifiche fasi : 1. prendere il componente dal contenitore dove è riposto alla rinfusa; 2. orientarlo correttamente;
  • 8. 3. avvicinarlo all’area di inserimento Essa è influenzata dalla tipologia di manipolazione, dalla simmetria del componente, dalla difficoltà di manipolazione e dalla forma, dimensione massima e spessore del componente. In generale i componenti del sistema analizzato, sono tutti accumunati dalla relativa semplicità di manipolazione, tanto da poter afferrare con l’uso di una mano poiché anche le dimensioni e gli spessori sono di modeste dimensioni. È dunque conveniente definire due tipi di simmetria della parte: • simmetria alfa: dipende dall’angolo attraverso il quale una parte deve essere ruotata intorno ad un asse perpendicolare all’asse d’inserzione per ripetere la sua orientazione; • simmetria beta: dipende dall’angolo attraverso il quale una parte deve essere ruotata intorno all’asse d’inserzione per ripetere la sua orientazione. Per quanto riguarda i tempo di insertion sono state considerate le seguenti operazioni: 1. il posizionamento del componente, 2. il suo allineamento 3. il suo inserimento temporaneo o definitivo. I fattori che ne hanno influenzato il tempo sono stati le caratteristiche dei componenti rispetto il fissaggio, la facilità di raggiungimento della posizione di fissaggio, facilità di posizionamento e allineamento del componente e la resistenza all’inserimento, e le eventuali giunzioni da realizzare. E’ necessario precisare in questo momento come è stato trattato il componente B “corpo dei core components”. Esso rappresenta un sub-assemblato che racchiude gran parte degli elementi responsabili del funzionamento dell’apparecchio e comprende: un blocco resistenze un isolante termico una ventola per il convoglio dell’aria un motore di attivazione della ventola un gruppo di fili elettrici pulsanti di attivazione dell’apparecchio e di disattivazione dell’aria calda (aria fredda) un variatore di tensione Esso è stato considerato quindi come un blocco unico da assemblare all’interno del sub-assemblato dei componenti principali (sub-assemblato 1, Fig.1) e di quello relativo al manico (sub-assemblato 2, Fig.1). Il suo assemblaggio, ed in particolare il suo inserimento, risulta complesso in quanto il componente richiede dapprima l’alloggiamento sull’involucro base 1 (componente A) e secondariamente un fissaggio del gruppo fili ed interruttori in vari punti all’interno del corpo principale e del manico. Tale sequenza determina che il calcolo del suo tempo di assemblaggio TA sarà composto da diverse parti: Tempo di handling dell’intero componente B (blocco motore e resistenza elettrica + blocco fili ed interruttori) Tempo di inserzione TI1 del componente B nell’alloggio posto nell’involucro esterno 1
  • 9. (componente A) Tempo di inserzione TI2 dell’interruttore di attivazione aria fredda nel relativo alloggio posto sul componente A Tempo di inserzione TI3 gruppo fili nella sede di rotazione (componente A) Tempo di inserzione TI4 dell’interruttore di accensione nell’alloggio posto sul manico pieghevole M Tempo di inserzione TI5 del variatore di tensione all’interno dell’alloggio posto sul manico pieghevole M Tempo di inserzione TI6 del proteggi filo (parte terminale) nell’alloggio posto all’estremità del manico pieghevole M Essi sono stati trattati singolarmente riscontrando difficoltà di inserzione diverse di volta in volta. Presentiamo qui di seguito una tabella riassuntiva dei tempi di insertion TIi per il componente in esame (Tab.3). Tab.3: Tempo di insertion per le parti del componente B Schematizziamo inoltre in maniera fotografica l’inserimento degli interruttori e dei fili. Si vuole in tal modo evidenziare le difficoltà di assemblaggio che tenteremo di risolvere nella fase successiva. La maggior parte delle parti costituenti l’assemblato presenta difficoltà di inserimento in quanto l’accesso risulta ostruito o poco visibile. I fili sono costretti a passare da fori e guide difficilmente raggiungibili ed inoltre i vari componenti devono essere mantenuti in posizione dopo l’assemblaggio. Il manico risulta essere troppo stretto per un inserimento agevole dei fili e degli interruttori che dovranno essere tenuti in posizione durante l’intero ciclo di assemblaggio.Le parti cerchiate rappresentano i punti critici per l’inserzione delle parti negli altri sub assemblati (Fig.2). Fig.2: Dettaglio dell’assemblaggio del componente B – difficoltà di assemblaggio
  • 10. A questo punto si è calcolato il tempo di assemblaggio dell’intero sistema prendendo in considerazione anche il numero di componenti ripetuti: Il conseguente DFAindex sarà pari a: Riportiamo inoltre qui di seguito la tabella riassuntiva per il calcolo dell’indice (Tab.4): Tab.4: determinazione dei tempi TH, TI e TA per i componenti 3.3 Miglioramento dell’assemblaggio L'ultimo passo è stato la riprogettazione e della soluzione preesistente attraverso il miglioramento DFAindex. Tale riprogettazione è basata sui seguenti criteri: Ridurre il numero di parti e la loro varietà Progettare componenti che si auto allineano e posizionano Assicurare adeguato accesso e visione chiara Progettare componenti che non si possono installare in modo errato Assicurare una agevole manipolazione Minimizzare l’esigenza di riorientazioni Massimizzare la simmetria dei componenti
  • 11. Per l’apparecchio in esame si sono ipotizzate diverse migliorie: 1) Sostituzione delle del sistema viti blocca filo-ponticello: Il filo di alimentazione risulta essere fissato alla base del manico mediante un sistema composto da due viti e un ponticello fissante (componenti OP). Si è ipotizzato di sostituire il sistema con una linguetta auto bloccante da inserire ad incastro su due fessure realizzate sul manico interno. E’ di seguito fornito uno schizzo della soluzione scelta (Fig.3) Fig.3: linguetta auto-bloccante Tale soluzione consente di eliminare le due viti di bloccaggio (componente O) e di sostituire il ponticello (componente P) con un elemento di uguali dimensioni e handling ma che non richiede di essere mantenuto in posizione nelle seguenti fasi di assemblaggio. La riduzione di tali tempi è rappresentata nella tabella seguente (Tab.5) Tab.5: Miglioria 1 2) Modifiche al componente A e L: per questi miglioramenti, legati a tutti i componenti A e L, è necessaria una riprogettazione integrale della forma degli stessi. Le modifiche apportate sono effettuate per permettere la riduzione dei tempi di insertion delle parti del componente B. Si sono individuate le seguenti possibili azioni: Il blocco motore e resistenze elettriche necessità di essere mantenuto in posizione nelle successive fasi di assemblaggio. Si è pensato di realizzare una guida più accentuata sul corpo che permetta l'allocazione univoca del corpo motore senza la necessità di tenerlo in posizione successivamente. L’ inserimento gruppo fili nella sede di rotazione richiede più spazio per la sede che deve contenere tale gruppo con la possibilità che i fili restino in posizione senza l'aiuto dell'operatore fino al momento del fissaggio. Un allargamento della guida che permette il passaggio del gruppo fili elettrici fino alla sede che permette la rotazione riduce ulteriormente il tempo di insertion. 3) Modifiche al componente M: la riprogettazione della forma del manico permette anch’essa una riduzione dei tempi di insertion delle parti del componente B. In particolare:
  • 12. L’interruttore di attivazione accensione apparecchio: un allargamento del manico in prossimità dell’interruttore permette una più comoda allocazione del componente ricavando più spazio per l’alloggiamento dei fili. In tal modo Il sistema fissante esistente svolge più efficientemente la propria funzione e non è necessario mantenere in posizione il componente durante le successive fasi di assemblaggio Il variatore di tensione: un successivo allargamento del manico in prossimità del variatore permette anch’esso più spazio per l’alloggiamento dei fili. Il fissaggio ad incastro del variatore con la guida semicircolare presente sul bordo del manico è adesso efficiente e permette anche in questo caso di lasciare il componente in posizione nelle successive fasi di assemblaggio. Rappresentiamo la riduzione totale dei vari tempi di insertion per queste due soluzioni (Tab.6) Tab.6: Migliorie 2 e 3 4) Eliminazione della griglia ingresso aria (E) e del telaio porta griglia (C): si è pensato di eliminare questi due componenti riprogettando sugli involucri esterni (A e L) un griglia integrata composta da due parti semicircolari. In questo modo la funzionalità originaria della griglia in metallo si conserva impedendo l’introduzione dei capelli all’interno dell’apparecchio (Tab.7). Tab.7: Miglioria 4 Conclusioni Si è ottenuto globalmente una riduzione dei tempi totali di assemblaggio da Ttot = 149,01 secondi a Ttot’ = 91,54 secondi. Anche se tutte le modifiche proposte potrebbero non essere fattibili per motivi riguardanti la produzione, i fornitori o la sicurezza l’indice DFA risulta essere aumentato del 62% passando da DFA1 = 0,28 a DFA2 = 0,45.